九州大学学術情報リポジトリ
Kyushu University Institutional Repository
高密度電子線励起による蛍光体の輝度劣化とその改 善に関する研究
松清, 秀次
http://hdl.handle.net/2324/1441347
出版情報：Kyushu University, 2013, 博士（学術）, 論文博士 バージョン：
権利関係：Public access to the fulltext file is restricted for unavoidable reason (2)
（別紙様式２）
氏 名 ： 松清 秀次
論文題名 ： 高密度電子線励起による蛍光体の輝度劣化とその改善に関する研究
区 分 ： 乙
論 文 内 容 の 要 旨
陰 極 線 管 （CRT: Cathode Ray Tube） な ど の 表 示 デ バ イ ス に お い て 重 要 な役 割 を 担 っ て い る 材 料 の １ つ が 蛍 光 体 で あ る 。 画像 の 高 精 細 化 ， 高 輝 度 化 ， 更 に は 大 画 面 化 等の ニ ー ズ に 応 え る た め 、 蛍 光 体 を 励 起 す る 電 子銃 の 改 良 が 進 め ら れ 、 電 子 ビ ー ム 径 が 縮 小 する と と も に ビ ー ム 電 流 が 増 加 す る こ と で 、 蛍 光体 の 励 起 電 流 密 度 が 上 昇 し て い る 。 高 い 電 流密 度 で 蛍 光 体 を 励 起 す る と 、 経 時 的 な 輝 度 の 低下 （ 輝 度 劣 化 ） が 顕 著 化 す る 。 し た が っ て 、表 示 デ バ イ ス の 信 頼 性 向 上 に は 、 高 密 度 電子 線 励 起 に お け る 蛍 光 体 の 輝 度 劣 化 の 抑 制 が極 め て 重 要 で あ る 。 本 論 文 は 、 表 示 デ バ イ ス の 性 能 を決 定 づ け る 蛍 光 体 材 料 に つ い て 、 励 起 電 流が 高 密 度 化 し て い る 技 術 動 向 に 対 応 す べ く 、高 密 度 電 子 線 励 起 に お け る 輝 度 劣 化 現 象 の 機構 を 解 明 す る と と も に 、 そ の 抑 制 手 法 を 明 ら かに す る こ と を 目 的 と し た も の で あ り 、 ５ 章 から 構 成 さ れ て い る 。
第 １ 章 は 序 論 で あ り 、 本 論文 の 研 究 背 景 と 目 的 、 及 び 本 論 文 の 構 成 に つい て 述 べ た 。 第 ２ 章 で は 、 蛍 光 体 の 輝 度 劣 化 を定 量 的 に 評 価 す る た め 、 高 密 度 電 子 線 励 起が 可 能 な 蛍 光 体 発 光 特 性 の 評 価 装 置 と、熱 発 光 を 利 用 し た 蛍 光 体 結 晶 中 の 欠 陥 準 位 の 評価 装 置 を 開 発 し た 。 発 光 特 性 評 価 装 置 の 特 長 は 、 励起 電 流 密 度 及 び 試 料 温 度 を 広 範 囲 に 可 変 で きる こ と で あ る 。 こ れ に よ り 、 蛍 光 体 の 発 光 特 性に 及 ぼ す 励 起 電 流 密 度 及 び 試 料 温 度 の 影 響 を定 量 的 に 評 価 す る こ と が 可 能 に な っ た 。 一 方 、欠 陥 準 位 評 価 装 置 の 特 長 は 、 昇 温 速 度 を 高 精度 に 制 御 で き る こ と で あ り 、 欠 陥 準 位 を 正確 に 解 析 す る こ と が 可 能 と な っ た 。
第 ３ 章 で は 、 蛍 光 体 の 輝 度 劣 化 に与 え る 電 流 密 度 の 影 響 を 評 価 し た 。 そ の 結果 、 輝 度 劣 化 は 、 面 積 当 た り の 電 子 線 照 射 量に 依 存 す る の み で な く 、 照 射 電 流 密 度 に も 依存 す る こ と を 明 ら か に し た 。 こ れ ま で 長 時 間 を要 し て い た 実 球 で の 劣 化 試 験 で は 、 低 い 励 起電 流 密 度 が 用 い ら れ て い た が 、 励 起 電 流 密 度 を上 昇 す る こ と で 、 よ り 短 時 間 で の 劣 化 試 験 が可 能 と な っ た 。 つ ぎ に 、 電 子 線 照 射 時 の 蛍 光 体か ら の 脱 ガ ス と 輝 度 劣 化 の 相 関 を 検 討 し 、 電子 線 照 射 に よ る 酸 素 脱 離 が 輝 度 劣 化 の 要 因 で ある こ と を 見 い だ し た 。 さ ら に 、 輝 度 劣 化 に 及ぼ す 蛍 光 膜 作 製 プ ロ セ ス 条 件 の 影 響 を 評 価 し 、蛍 光 膜 の 密 度 を 上 げ て 熱 伝 導 性 を 高 め 、 蛍 光膜 の 過 熱 を 防 ぐ こ と で 、 輝 度 劣 化 を 低 減 でき る こ と を 明 ら か に し た 。
第 ４ 章 で は 、緑 色 発 光 材 料 と し て 重 要 な 蛍 光 体Y3(Al,Ga)5O12:Tb3+［P53(Ga)］の 高 密 度 電 子 線 励 起 に よ る 輝 度 劣 化 の 機構 を 検 討 し た 。ま ず 、P53(Ga)の 輝 度 劣 化 に は、蛍 光 体 結 晶 中 の 酸
素 空 孔 （電 子 捕 獲 準 位: Ec－1.5eV） が 深 く 関 与 し て お り、 電 子 線 照 射 に よ り 色 中 心 が 形 成 し て 発 光 が 低 減 す る こ と 、 酸 素 雰囲 気 中 で の 高 温 熱 処 理 に よ り 空 孔 密 度 を 低 減で き る こ と を 明 ら か に し た 。 ま た 、 微 量 （100ppm程 度 ） のYb3+をP53(Ga)に 添 加 す る こ と に よ り 、 輝 度 劣 化 が 抑 制 さ れ る こ と を 見 い だ し た 。 さ ら に 、 こ の 現 象 は 、Yb3+が 蛍 光 体 結 晶 中 に 形 成 す る 電 子 捕 獲 準 位（Ec－1.1eV）が 蛍 光 体 に 供 給 さ れ た 電 子 を 捕 獲 す る た め 、色 中 心 を 形 成 す る 準 位（Ec
－1.5eV） に よ る 電 子 捕 獲 が 抑 制 さ れ る こ と に 起 因 す る と の モ デ ル を 提 案 し た 。Ybと 類 似 の 電 子 的 性 質 を 持 つEuやSmに つ い て も 同 様 の 検 討 を 行 っ た 結 果 、こ れ ら の 元 素 添 加 に よ り 輝 度 劣 化 が 抑 制 さ れ る こ と 、 そ の 抑制 効 果 は 各 元 素 が 蛍 光 体 結 晶 中 に 形 成 す る 準位 の 深 さ と 良 い 相 関 を 示 す こ と が 明 ら か にな っ た 。こ れ は 、上 記 の 提 案 モ デ ル を 支 持 す る結 果 で あ る 。更 に 、 Sc3+の 添 加 に よ り 、 高 密 度 電 子 線 励 起 に お け る 短 時 間 領 域 で の 輝 度 劣 化 が 著 し く 低 減 で き る こ と を 見 い だ す と と も に 、 こ の 現 象 はSc3 +添 加 に よ る 酸 素 空 孔 密 度 の 低 減 に 起 因 す る こ と を 明 ら か に し た 。
第５章では、本論文を総括し、今後の展望を示した。
